紫外线诱导皮肤光老化的形成机制 紫外线诱导基因突变

　　李春雨 综述，张丽宏 张 宁 杨智荣 审校 　　 　　[摘要]光老化是人体暴露部位皮肤衰老的主要原因，其机理的阐明对防护皮肤衰老及治疗光损性疾病具有十分重要的意义。本文总结了近些年该领域的研究成果，发现日光中的UV主要通过损伤DNA、进行性蛋白质交联、降低免疫应答、产生高度反应自由基损伤细胞和组织等机制造成皮肤光老化。UVB和UVA在诱导皮肤光老化形成中，既有各自的特点，又相互协同，而UVA单独对真皮深层的穿透能力及对真皮组织的损伤机制尚待进一步研究。
　　[关键词]紫外线；光老化；机制
　　[中图分类号]R758 [文献标识码]A [文章编号]1008-6455（2009）03-0416-04
　　
　　Ultraviole induced formation mechanism of photoaging
　　LI Chun-yu1,ZHANG Ning2,ZHANG Li-hong1,YANG Zhi-rong2
　　(1.Beauty Disciplines, Jiamusi College,Heilongjiang University of Traditional Chinese Medicine; 2. Chinese Medicine for Beauty Institute,jiamusi College Heilongjiang University of Traditional Chinese Mmedicine,39 Guanghua Sreet,Jiamusi 154007,Heilongjiang,China)
　　Abstract: Photoaging is the primary factor of skin aging to exposed parts of the body.Its mechanism is of great significance to prevent skin aging and treat light-induced disease. This article summed up the research results of this field,found that solar ultraviolet radiation induced photoaging mainly through DNA damage, progress of protein crosslinks, reducing the immune response, having a high degree of reaction of free radicals to damage cells and tissues. Inducing the formation of photoageing, though there is synergies between UVB and UVA , they both have their own characteristics. Pending further study of the penetrating power on the deep dermis by UVA alone and the injury mechanism of dermis is urgent.
　　Key words: ultraviolet; photoaging; mechanism
　　
　　皮肤衰老分为内源性老化和外源性老化。前者又称为自然老化，是自然的程序性过程，由时间的流逝形成；后者由外界环境因素或生活方式的原因所引起，由于太阳中的紫外线辐射是其形成的主要因素，所以外源性老化又称为光老化。近几十年来，由于臭氧层的破坏、过度日光浴等原因使人体暴露部位的皮肤衰老约80%以上属于光老化[1]。大量非保护的日光暴露，不仅有损于人的美容、使光损伤人群增多，而且可以引起皮肤松弛、粗糙、萎缩、皱纹、色素沉着、毛细血管扩张，紫癜等，其中最危险的是发展成皮肤癌。防护UV，延缓光老化日益受到人们的关注，已经成为人们日常生活的重要方面。弄清楚UV造成光损伤的具体机制，有效指导防晒品的研究开发，推进医疗工作的发展，是相关领域研究人员和医疗人员急需解决的迫切问题。本文就UV诱导光老化形成机制的研究进展作以综合论述。
　　
　　1日光中紫外线的种类及其在光老化发病中的作用
　　日光中的UV分为短波紫外线（UVC，100～290nm）、中波紫外线（UVB，290～320nm）和长波紫外线（UVA，320～400nm）。由于大气层中存在臭氧层，UVC几乎被全部吸收，到达地面的UV主要为UVA和UVB。虽然日光辐射的UV中95.00%是UVA，UVB所占不到5.00%，但由于UVA的生物活性比UVB弱得多，大约是UVB的1/1 000，所以人们过去认为引起皮肤产生红斑、DNA损伤和皮肤癌的UV主要是UVB，而UVA除了使皮肤晒黑外几乎对人体无害。近年来，研究发现UVA剧烈照射与UVB一样，也能产生红斑和血管损伤，甚至引起的改变比UVB更为严重，只是产生这种效应所需的剂量较UVB大1000倍。而且由于UVA对皮肤的穿透能力远远高于UVB，尤其是UVA1（340～400nm）能更深地穿透到真皮层，引起真皮组织中胶原及弹力纤维的损伤，所以，UVA在皮肤光老化发病中的作用也日益受到重视[2-5]。
　　
　　2不同波长UV诱导光老化形成的机制
　　2.1 UVB诱导光老化形成的机制
　　2.1.1 基质异常降解：光老化皮肤的主要组织学特征是皮肤基质构成的改变，即胶原成分的减少和异常弹性纤维沉积[6]。成纤维细胞是皮肤真皮中最主要的细胞类型，其各种生物学特性的改变是皮肤光老化形成的最重要基础[7]。已有体内研究证明UV辐射后诱导成纤维细胞产生基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP），MMP属于锌依赖性的酶家族，能编码间质胶原酶（MMP-1）、92kD明胶酶、基质溶解素-1等胶原酶，特异性降解几乎所有的细胞外基质成分[8]。其中，MMP-1能够裂解天然的(native)间质胶原螺旋；非天然的(denatured)间质胶原螺旋称为明胶(gelatin)，明胶的进一步裂解由MMP中的基质溶解素(MMP-3)等完成。
　　夏济平[9]等研究发现，低剂量UVB（30mJ/cm2）辐射人体皮肤，可导致MMP-1等基质金属蛋白的mRNA以及蛋白水平的高表达，从而降解皮肤胶原，导致皮肤光老化。一方面，UVB辐射导致成纤维细胞直接产生的MMP-1和MMP-3含量增加；另一方面，表皮角质形成细胞在接受UV辐射后，会导致IL-6等细胞因子的分泌明显增加，IL-6能显著增加成纤维细胞产生MMP-1和MMP-3，间接导致皮肤内MMP含量增加，从而导致光老化。
　　2.1.2 自由基及线粒体突变学说：UVB作用于皮肤中的各种光敏物质或色基，可诱导产生以OH・和脂质过氧化物为主的氧自由基(ROS)[4]，破坏皮肤自身的抗氧化体系，使抗氧化酶活性水平下降并造成脂质过氧化物堆积。UVB造成的氧化性应激还可引发一系列细胞内信号传导，通过核转录因子NF-κB或转录因子激活蛋白1（AP-1）激活下游MMP等基因的表达。AP-1在UV照射之后，含量明显增高，导致了MMP mRNA的含量和表达增加，特异性降解细胞外基质，出现光老化的皮损[8]。
　　马淑梅[10]等用UVB照射成纤维细胞发现，UVB照射能够诱导细胞凋亡及H2O2生成增加。UV辐射后，细胞中产生的活性氧可以破坏细胞蛋白质和酶的活性。在正常情况下，细胞内存在一系列抗过氧化物酶，如SOD、CAT和GSH-Px等。活性氧与抗氧化酶之间存在一个动态平衡，当机体T-AOC降低时，常常导致各种疾病的产生。Takahashi等[11]通过SV-40转化的人角质形成细胞，观察了在UVB诱导的凋亡中SOD的作用，结果显示，UVB照射可以降低SOD的活性。于业军[12]等研究发现，UVB照射后，小鼠皮肤匀浆中T-AOC、SOD明显降低，MDA含量显著升高。由于脂质过氧化进程中可产生多种具有中等反应活性的脂自由基L・LO・LOO・，易穿透并扩散进入细胞核，直接攻击DNA或RNA，引起DNA突变，而mtDNA具有半自主性的特点，受细胞核DNA的调控，所以细胞核DNA的突变也会引起线粒体DNA的相应改变，使皮肤线粒体基因暴露在一个相对较大剂量ROS的环境中，从而加重了由基因缺失引起的DNA突变，导致光老化的形成[13]。
　　2.1.3 免疫抑制：UVB照射人类皮肤可导致局部和全身的免疫抑制，有研究表明，这与UVB降低了表皮朗格汉斯细胞数量，改变其形态和免疫功能有关。Bacci等[14]以400J/cm2的UVB分别照射对UVB敏感和对UVB抵抗的小鼠耳背皮肤，24、48、72 h后用免疫荧光技术在光学显微镜下观察LC的数量，发现对UVB敏感的小鼠皮肤中，照射24h后LC的数量就开始明显下降，几乎没有形态正常的细胞存在。而对UVB抵抗的小鼠则没有这种反应。同时经UVB照射后的LC失去向Th1递呈抗原而保持向Th2递呈抗原的能力。UVB抑制LC导致的免疫抑制可能是Th1和Th2细胞比例和活性发生变化所致。UVB对LC的抑制作用是UVB产生免疫抑制的重要因素之一。
　　此外，低剂量UVB（100～200J/m2）辐射的骨髓来源树突状细胞可在体内外诱导CD8+T细胞及CD8+Tcl效应细胞或CD8+T细胞克隆发生免疫耐受。UVB辐射后，角质形成细胞可释放许多细胞因子，尤其是IL-10与TNF-ａ，影响抗原提呈细胞（尤其是朗格汉斯细胞）发挥正常功能，此诱导T细胞耐受。Teunissen等[15]的研究结果显示，正常人皮肤接受UVB辐射部位表皮及真皮中中性粒细胞浸润并诱导真皮中出现抑制性T细胞，辐射部位细胞因子IL-4，IL-6，IL-8及TNF-ａ增高。
　　总之，UVB主要通过抑制朗格汉斯细胞、树突状细胞的免疫功能及改变体液免疫中某些细胞因子水平而抑制机体皮肤免疫系统，在活体的正常表皮中引起MMP-1，MMP-3和MMP-9的表达，抑制胶原的合成，从而造成光老化皮肤特征性的改变。
　　2.2 UVA诱导光老化形成的机制：UVA因穿透能力强而在皮肤光老化发病中日益受到重视。其中，UVA1（340～400nm）在皮肤中诱导ROS的产生（主要是1O2和H2O2）是主要的致病机理之一[16]。UVA1诱导皮肤产生的ROS，可进一步激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号传导通路，促进MMP的表达，同时抑制胶原的合成，从而造成光老化皮肤特征性的改变[16-17]。
　　严淑贤等[18]利用UVA1照射体外原代培养的人真皮成纤维细胞，结果显示15J/cm2UVA1在引起成纤维细胞氧化性损伤的同时，可显著抑制I、III型胶原的蛋白合成，促进MMP-1，MMP-3的表达，从而形成皮肤光老化的特征性改变，包括粗深皱纹的形成和病理所见的真皮浅层嗜碱性变性和无定形物质的堆积。周华等[19]用免疫组化方法检测UVA照射对培养的角朊细胞和成纤维细胞多种抗原成分表达的影响，结果提示，UVA对角朊细胞的角朊蛋白、层粘蛋白、桥粒结构蛋白、粘集素Interlnα6和Intednβ4抗原成分的表达有抑制作用或对这些抗原成分有直接或间接的破坏作用。推测UVA可损伤角朊细胞合成皮肤组织结构蛋白的功能；对成纤维细胞抗原表达也有影响，其中Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原对UVA照射尤为敏感。
　　此外，在倪建华[20]的研究中，UVA可直接损伤体外培养的皮肤成纤维细胞，引起原代培养的真皮成纤维细胞形态发生皱缩、细胞贴附功能下降、致使悬浮细胞逐渐增加；MTT试验显示，随着UVA剂量的增加，细胞存活数显著下降，分裂增殖能力降低；LDH酶检测表明，UVA在3J/cm2较低剂量时，细胞就有损伤，引起LDH向细胞外渗透，高剂量时更为明显。
　　众多关于UVA与光老化的研究表明，UVA对胶原合成的影响、氧化损伤等较为明显，表明其穿透能力对真皮组织有较大的损伤，但确切的机制尚有待进一步研究。
　　2.3 UVA和UVB的协同效应
　　2.3.1 对基质的降解作用：有文献报道UVA照射组即使UVA积累剂量达8 000J/cm2仍未见胶原纤维损害。朱彦君等[21]的研究中，UVA照射后胶原纤维与正常对照相比变化不明显，但经UVB及UVA+UVB照射后胶原纤维变性、均质化、形成片块状，染色变浅，胶原纤维含量减少。Ⅲ型胶原纤维明显增多，Ⅰ型胶原纤维明显减少，两种纤维粗细不等，分布不均匀。超微结构观察可见经UVA+UVB照射后，胶原纤维分布不均匀，排列紊乱，周期性横纹消失；横断面可见胶原纤维直径增大；毛细血管内皮细胞肿胀。
　　UVB可以在活体的正常表皮中引起MMP-1，MMP-3和MMP-9的表达。UVA可以引起由表皮成纤维细胞分泌的MMP-1的表达和培养物中MMP-1，MMP-2，MMP-3的表达。这些结果表明，在长期光损伤皮肤中的胶原缺乏，是由不断增加的重复的胶原降解引起的，而这种降解又是由UVB和UVA共同诱发的MMPs引起的。
　　2.3.2 对IL-1和IL-6的影响：IL-1主要存在于正常皮肤的棘层中，由活化的单核吞噬细胞、角质形成细胞、树突状细胞、成纤维细胞和血管内皮细胞产生，可分为IL-1α和IL-1β两种类型，能促进活化T、B细胞增生和分化，促进CSF对骨髓细胞的作用，刺激合成前列腺素等激素，还能够诱导IL-6的表达。IL-1在皮肤光老化的真皮胶原过度降解中发挥着重要的作用。UVB照射后，IL-1α和IL-1βmRNA均有增加。IL-1（IL-I α和IL-1 β）通过促进UVA辐射后成纤维细胞表达MAPK活性和c-Jun mRNA（IL-1a还促进c-Fos mRNA的表达），使UVA辐射后成纤维细胞表达MMP-1增加，促进光老化的形成。
　　Pupe等[22]发现，低剂量（32mJ/cm2）的UVB照射即可使角质形成细胞IL-1α分泌量上调。IL-6 mRNA的表达则随UVB剂量的增加(30～40 mJ/cm2)而增加，其峰值出现在照射后6h。IL-6能促进B细胞分化成熟，合成和分泌免疫球蛋白；促进活化T细胞增殖分化成熟为致敏T细胞。用UVB照射体外培养的T细胞，加用IL-1α的抗体可以抑制角质形成细胞合成IL-6，并且IL-6 mRNA的表达也减少，提示UVB照射可能通过诱导IL-1α的基因重组和IL-1α合成增加，介导IL-6的表达，也可通过直接诱导IL-6 mRNA的表达增加和IL-6的合成，从而影响T、B细胞。
　　综上，除单独造成损伤外，UVA和UVB还具有协同效应：一方面， UVA可通过生理条件下细胞内丰富的卟啉、黄素等作为光增敏剂间接损伤皮肤[23]，扩大或协同UVB的光老化作用[24]；另一方面，UVB可以通过对IL-1等的影响，间接促进UVA辐射后成纤维细胞表达MMP-1，促进光老化得形成；另外，UVA和UVB可以直接或间接影响免疫因子IL-1和IL-6，协同影响T、B细胞。
　　日光中的UV主要通过下列机制使皮肤损伤[25]： ①损伤DNA；②进行性蛋白质（如胶原）的交联；③通过诱导抗原刺激反应的抑制途径而降低免疫应答；④产生高度反应的自由基与各种细胞内结构相互作用而造成细胞和组织的损伤。UV还可直接抑制表皮朗格罕斯细胞的功能，引起光免疫抑制，使皮肤的免疫监督功能减弱而引起皮肤的光老化[26]。
　　光老化是UVB和UVA共同作用的结果，但是关于UVA和UVB对光老化的单独机制，还没有确切成型的理论，甚至有些研究结果相互矛盾（如对于UVA对胶原的降解作用）。弄清楚UV对造成皮肤光老化的具体机制，有针对性的研究防治策略，对研发防晒化妆品，指导生活中防护皮肤衰老及临床上治疗光损性疾病都具有十分重要的意义；同时也提示其他疾病的防治应充分考虑各种理论和机制，综合实施，以取得满意效果。如皮肤的基色是黑、红和黄，那么，在祛斑美白时，在抑制黑色素形成的基础上改善微循环和调理脾胃，是否能取得更加显著的效果呢？这无疑也是值得相关人员探究的问题。
　　
　　[参考文献]
　　[1]Monheit GD.Consultation for photoaging skin[J].Dermatol Clin,2001,19(3):401-403.
　　[2]Johnston KJ.Ultroviolet radiation induced connective tissue change in the skin of hairless mice[J].J Invest Dermatol,1984,82:587-591.
　　[3]刘 扬,赵 萍,朱旭东,等.我国东北地区UV辐射对皮肤早期损伤的流行病学研究[J].环境与健康杂志,1997,14(5):196-198,1007.
　　[4]Wenk J,Btenneisen P,Meewes C,et al. UV-induced oxidative stress and photoaging[J]. Curr Probl Dermatol,2001,29:83-94.
　　[5]Gichrest BA.A review of skin ageing and its medical therapy[J].Br J Dermatol,1996,135:867-875.
　　[6]Kang S,Fisher GJ,Voorhees JJ,et al.Photoaging and topical tretinoin[J].Arch Dermatol 1997,133:1280-1284.
　　[7]Fisher GJ,Wang ZQ,Datta SC,et al.Pathophysiology of premature skin aging induced by ultraviolet light[J].N Engl J Med,1997,337(20):1419-1428.
　　[8]严淑贤,徐 昱,胡 跃,等.氮氧化物对中波紫外线照射下包皮成纤维细胞的保护作用[J].中华老年医学杂志,2005,24(10):753-756.
　　[9]夏济平,宋秀祖,毕志刚.紫外线对皮肤角质形成细胞和成纤维细胞产生MMP-1和MMP-3的影响[J].中国麻风皮肤病杂志,2006,22(1):11-13.
　　[10]马淑梅,刘晓冬,龚平生,等.中波紫外线对成纤维细胞的损伤作用[J].吉林大学学报・医学版,2005,31(3):365-367.
　　[11]Takahashi H,Hashimoto Y,Aoki N,et al.Copper,zinc-super oxide dismutase protects from ultraviolet B induced apoptosis of SV-40 transformed human keratinocytes:theprotection is associated with the increased levels of antioxidant enzyjes[J].J Dermatol Sci,2000,23:1.
　　[12]于业军,李政敏,刘晓萍,等.扇贝多肽对UVB损伤无毛小鼠皮肤结构及其抗氧化剂含量的影响[J].中国麻风皮肤病杂志,2004,20(1):20-23.
　　[13]张素慧,吕俊华,李校�,等.茶多酚和茶色素对UV照射致小鼠皮肤光老化的防护作用[J].中国药科大学学报,2003,34(6):561-564.
　　[14]Bacci S, Alard P, Streilein JW, et al. Evidence that ultraviolet B ra- diation transiently inhibits emigration of Langerhans cells from exposed epidermis, thwarting contact hypersensitivity induction[J]. Eur J Immu-nol,2001,31:3588-3594.
　　[15]Teunissen MB,Piskin G,di Nuzzo S,et al.Ultraviolet B radiation neutrophils,induces a transient appearance of IL-4+ which support the development of Th2 responses[J].J hnmunol,2002,168:3732.
　　[16]Wenk J,Btenneisen P,Meewes C,et al.UV-induced oxidative stress and photoaging[J]. Curr Probl Dermatol,2001,29:83-94.
　　[17]Fisher GJ,Talwar HS,Lin J,et al.ftetinoic acid inhibits induction of c-Jun protein by ultraviolet radiation that occurs subsequent to acti- vation of mitogen-activated protein kinase pathways in human skin in vivo[J].J Clin Invest,1998,101:1432-1440.
　　[18]严淑贤,胡 跃,邓 辉,等.UVA1对真皮成纤维细胞的损伤及Tempol保护作用的研究[J].中华皮肤科杂志,2005,38(7):413-415.
　　[19]周华,朱惠刚,张振农. UV对人角朊细胞和成纤维细胞抗原成分表达的影响[J].环境与健康杂志,1999,16(6):322.
　　[20]倪建华.长波UV对人皮肤成纤维细胞生长的影响[J].上海预防医学杂志,2004,16(8):365-367.
　　[21]朱彦君,孟宇宏,冯光珍,等.UV照射后无毛鼠皮肤胶原的变化及其定量分析[J].中华医学美学美容杂志,2005,11(3):159-162.
　　[22]Pupe A,Moison R,DeHaes P,et al. Eicosapentaenoic acid,a n-3 polyunsaturated fatty acid differentially modulates TNF-alpha,IL-1alpha,IL-6 and PGE2 expression in UVB-irradiated human keratinocytes[J]. J Invest Dermatol 2002,118:692-698.
　　[23]Krutmann J.Ultraviolet A radiation induced biological effects in hu-man skin: relevance for photoaging and photodermatosis[J]. J Derma-tol Sci,2000,23(Suppl 1):22.
　　[24]Pand BS,Parrish JA.The interaction of UVA and UVB in the produc-tion of threshold erythema[J].J Invest Dermatol,1982,78:371.
　　[25]侯慧茹,赵丽,于 凌.皮肤光老化的机制及延缓皮肤衰老方法的研究[J].中国临床康复,2004,8(26):5629-5631.
　　[26]李燕华.UV及其辐射尿刊酸对朗格罕斯细胞功能影响的研究[J].中华皮肤科杂志,2001,34(1):47.
　　[收稿日期]2008-12-13[修回日期]2009-02-09
　　编辑/张惠娟